焊接机器人双目立体视觉手眼系统的标定

摘要

研究模拟熟练焊工的观察、分析和实施焊接操作行为，诸如基于视觉信息识别焊接环境、工件接头形式与初始焊接位置、并将机器人导引到初始焊接位置，在焊接过程中实现基于视觉传感的机器人焊缝跟踪，基于对弧焊焊接熔池的视觉传感和动态变化特征提取实现机器人焊接过程中对焊接工艺参数、机器人运动参数的实时自适应调整以控制熔池动态变化过程等项技术，是实现机器人焊接焊缝成形质量的自主智能控制的关键技术。基于CCD摄像机的焊接熔池正面视觉传感信息，实现机器人焊接过程中的熔池、熔宽及成形目标的实时控制，是新型智能焊接机器人必不可少的关键技术之一。 本文对焊接机器人双目立体视觉系统和手眼协调问题进行了深入研究，同时本文也是上海交通大学焊接技术研究所智能焊接机器人实验室与ABB中国研究中心的合作项目“基于视觉传感的ABB弧焊机器人焊缝识别、跟踪与成形自主控制技术研究”重要组成部分。 模拟人的手眼功能是机器人智能化焊接的重要组成部分，本文为焊接机器人配备了眼睛，设计一套多功能视觉传感系统。该传感系统可以根据不同的工作要求，自动的改变焦距，通过气缸驱动加载和移除减光滤光系统，将焊接初始位置导引、焊缝跟踪和熔池的实时检测集成为一体。 深入分析和研究了Matlab环境下的标定软件和张正友平面标定算法，并实现了标定软件从Matlab到VC环境的翻译过程。采用带畸变的摄像机模型标定左右CCD摄像机的内外参数，通过左右内外参数获取立体标定结果，得到左右摄像机的相对位姿。设计VC下标定软件界面，该软件是基于OpenCV而开发的，OpenCV是一个开放源代码的计算机视觉类库。 焊接机器人手眼关系标定是实现模拟手眼的关键一步，本文研究了“手—眼”视觉系统手眼关系标定的基本算法和L-M非线性最小二乘优化算法，开发了设计VC下手眼关系标定软件。 最后探讨了无标定手眼协调的模型和基于自抗扰控制器的无标定手眼协调实现的可能性。